Estudo da Quebra de Emulsões de Petróleo

Preparo das Emulsões

As emulsões preparadas neste trabalho foram sintetizadas no laboratório de Engenharia de Petróleo do Instituto de Tecnologia e Pesquisa, utilizando petróleo P1 e água destilada e salmoura (conc. 50 g/l de NaCl). Para cisalhamento e dispersão da fase dispersa (água destilada e salmoura) na fase continua (petróleo) utilizou-se o homogenizador Ultra-Turrax T- 25. As emulsões sintetizadas possuíam teor de água aproximado variando entre aproximadamente 30%-50% e diâmetro de gota médio entre 3 e 4 µm. O diâmetro de gota foi fixado em valores abaixo de 10 µm visando à geração de emulsões altamente estáveis. As emulsões sintetizadas com a granulometria fixada apresentam uma estabilidade bastante elevada, de tal forma que a formação de água livre no processo de quebra via micro-ondas unicamente é observada com o auxilio da adição de agentes desemulsificantes. Estes resultados foram observados em testes de quebra via aquecimento dielétrico, conduzidos a temperatura constante 90°C e tempo de processo de 30 min. Nestas mesmas condições, emulsões com diâmetro médio entre 10-30 µm apresentaram separação quase completa de fases (teor de água da emulsão residual < 1,5%) no processo de quebra via micro-ondas sem adição de desemulsificante.

Determinação da Distribuição do Tamanho de Gotas

A distribuição de tamanho de gotas das emulsões sintetizadas foi determinada através da técnica de difração a laser utilizando o equipamento MASTERSIZER 2000, marca Malvern, disponível no laboratório de Sistemas Coloidais e Dispersões da UNIT / ITP (Figura 24). O diâmetro médio das gotas das emulsões ficou entre 3 e 4 µm.

Os resultados de distribuição disponibilizados pelo equipamento incluem parâmetros estatísticos da curva de distribuição de tamanhos, tais como mediana, diâmetro médio volumétrico, dentre outros. Nesta dissertação, a curva de distribuição de tamanho de gotas e o diâmetro médio volumétrico - D(4,3) - medidos pelo equipamento foram selecionados para fins de avaliação das emulsões e comparação com os resultados do modelo matemático. Em particular, o parâmetro D(4,3) corresponde ao diâmetro da esfera que possui o mesmo volume médio das partículas constituintes do sistema. Além do D(4,3), outra definição é importante na avaliação dos resultados:

D(0,5) = diâmetro abaixo do qual se encontra 50% do volume total da fase dispersa.

O principio da técnica

A técnica da difração a laser é baseada na passagem de um feixe luminoso através de um meio contendo partículas as quais promovem um espalhamento do feixe de luz incidente cuja intensidade e ângulo do espalhamento estão relacionados ao tamanho das partículas (WASHINGTON, 1992).

Figura 24- Equipamento para determinação da DTG - modelo MASTERSIZER 2000 da

MALVERN

Teste de Quebra de Emulsão em Reator Micro-ondas

Foram realizados ensaios de quebra de emulsões em reator micro-ondas com e sem adição de líquidos iônicos e com adição de desemulsificante tipicamente utilizado pela Petrobras. Os ensaios de quebra via micro-ondas foram conduzidos em reator Synthos 3000 da Anton Paar, sob temperatura constante fixada em valores entre 65ºC e 120ºC e tempo de processo entre 13 e 30 min. Em todos os ensaios foram empregados 4 frascos de quartzo localizados nas posições 1, 3, 5 e 7 do reator. Todos os frascos foram preenchidos com uma massa de emulsão de 30 gramas. Além disso, nos frascos localizados nas posições 1 e 5 foi adicionada uma quantidade conhecida de líquido iônico ou desemulsificante segundo metodologia apresentada abaixo. Para cada ensaio, em 2 dos frascos (1 e 5) foi avaliado o efeito sinérgico de agente químico e micro-ondas na eficiência da quebra, ao passo que nos outros dois frascos (posições 3 e 7 do rotor) foi avaliado unicamente o efeito das micro-ondas na separação.

Teste de Quebra de Emulsão em Aquecimento Convencional

Os ensaios de quebra conduzidos sob aquecimento convencional foram realizados em banho termostático empregando água como fluido térmico e frascos de quartzo tipicamente utilizados no reator micro-ondas, para que os geometria dos frascos seja igual tanto no teste

com aquecimento dielétrico como no aquecimento convencional . Para uso dos frascos de quartzo no sistema de aquecimento convencional foi construído um suporte que permitia a sustentação do frasco de quartzo no banho além de garantir a segurança de experimentos realizados sob alta temperatura (90°C). A Figura 25 mostra o frasco encaixado no suporte construído.

Figura 25- Frasco de quartzo e suporte para realização de testes sob aquecimento

convencional.

As condições experimentais nos ensaios com aquecimento convencional foram: temperatura de 90ºC e tempo de processo de 45 min. Este tempo de processo excede o valor empregado nos testes micro-ondas, que foi 30 min, devido ao processo convencional ser um modo de aquecimento mais lento que o aquecimento dielétrico para este tipo de sistema. Em ensaios de aquecimento de emulsões de petróleo sintetizados com o óleo P1 verificou-se que tais emulsões quando inseridas nos frascos de quartzo atingem a temperatura de 90ºC após 15 min do início da troca térmica. Assim o tempo de 45 min do processo convencional foi estabelecido contemplando 15 min para o aquecimento da amostra e 30 min durante os quais a amostra se manteria a temperatura fixada, estas observações podem ser vistas na figura 26 que apresenta os perfis de aquecimento dos ensaios realizados no reator micro-ondas e no aquecimento convencional.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Tempo (min) Te m p ( ºC )

MO - taxa de aquecimento lenta MO - taxa de aquecimento rápida Convencional

Figura 26- Perfil de aquecimento para ensaios realizados com [OMIM] [PF6] com taxas de aquecimento rápida no reator micro-ondas e sob modo de aquecimento convencional.

Adição dos Líquidos Iônicos e Desemulsificante

Para adição dos líquidos iônicos [OMIM] [BF4], [OMIM] [PF6] e do desemulsificante D 942 nas emulsões sintetizadas foram empregadas três metodologias distintas:

a) Homogeneização do LI na emulsão através de mistura manual durante 1 min. em frascos de centrifugação (sistema equivalente ao empregado nos testes de garrafa). Neste sistema a mistura consistiu em 90 gramas de emulsão e adição de 100 μl de uma solução de LI em benzeno. Esta solução consistiu na mistura de 2,01 g de LI e 1 ml de benzeno. Cabe ressaltar que o benzeno foi o solvente escolhido por ser um dos poucos solventes estudado na literatura em trabalhos que visavam a determinação de limites de solubilidade de sistemas LI+solventes. Assim, devido à falta de informações sobre outros solventes, o benzeno foi utilizado num primeiro momento para realização destes ensaios

iniciais. Destaca-se que o uso de solvente tem como objetivo facilitar a mistura do LI na emulsão.

b) Homogeneização do LI na emulsão através de mistura empregando dispersor Ultra-Turrax durante 1 min e velocidade de agitação mínima. Neste sistema a mistura consistiu em 180 g de emulsão e adição de 200 μl da solução de LI em benzeno, procurando manter a mesma proporção obtida na etapa anterior.

c) Homogeneização do LI puro isento de solventes ou do desemulsificante na forma de solução em tolueno (25%vol) na emulsão através de mistura empregando dispersor Ultra-Turrax durante 1 min e velocidade de agitação mínima. Neste sistema a mistura consistiu em 90 g de emulsão e adição de volume conhecido do LI ou 90 g de emulsão e 20 μl da solução desemulsificante.

Análise das emulsões após os ensaios

Após os ensaios de quebra as amostras foram resfriadas até atingir a temperatura de 60ºC. Na seqüência, as amostras foram caracterizadas seguindo distintas metodologias em função do grau de avanço do processo de separação:

a) Amostras que não apresentaram formação de água livre: foram feitas amostragens da parte superior da emulsão não resolvida e realizadas caracterizações do teor de água (método de titulação potenciométrica empregando reagente de Karl Fischer) e distribuição de diâmetro de gota (via difração a laser). Estas caracterizações informam sobre o grau de avanço da coalescência e/ou da sedimentação gravitacional de gotas de água.

b) Amostras que apresentaram formação de água livre: a fase óleo e/ou emulsão não resolvida foi completamente amostrada e caracterizada quanto ao teor de água. A partir desta caracterização foi calculada a eficiência da separação (EF) a partir da seguinte equação:

Onde, TA0 e TAf representam respectivamente o teor de água inicial da emulsão sintetizada e o teor de água da emulsão não resolvida.

Capítulo 4

4 Resultados e Discussões